挤出机螺旋槽加料段固体输送特性研究

论文摘要

挤出成型是聚合物成型加工的重要方法之一。目前的螺杆挤出机大部分采用直开槽衬套的强制进料结构,其固体输送区具有压力过高,挤出过程不平稳,螺杆、料筒磨损严重等缺点。本文研制的螺旋沟槽单螺杆挤出机,采用螺旋开槽衬套的强制进料结构,可以改善固体输送特性,提高挤出产量,降低挤出能耗。本文主要研究螺旋沟槽单螺杆挤出机的固体输送特性。以自行参与设计的螺旋沟槽单螺杆挤出机为研究对象,在北京化工大学建立的弧板模型以及双螺棱推动理论基础上,推导了螺旋沟槽单螺杆挤出机的能量消耗方程。验证了北京化工大学提出的螺旋沟槽单螺杆挤出机由摩擦拖曳输送向正位移输送转换的边界条件方程,并根据正位移输送边界条件方程、挤出产量和能耗方程指导了强制进料螺旋沟槽衬套的设计,并应用于实际生产。理论分析和讨论了机筒加料衬套几何结构参数:长度、槽数、槽宽、槽深及螺旋角,螺杆结构参数,工艺参数,物料参数等对固体输送段压力、挤出产量和能耗的影响规律。本文用自行设计的螺旋沟槽单螺杆挤出机进行实验,通过改变物料、螺杆转速等,分析强制进料螺旋开槽衬套结构对固体输送特性的影响,并利用螺旋沟槽单螺杆挤出机和传统挤出机进行HDPE与PPR产量、能耗对比实验。研究结果表明:螺旋沟槽单螺杆挤出机具有良好的正位移输送特性,输送能力好,生产能力大。理论和实验研究具有较好的一致性,实际挤出产量与理论计算分析比较吻合,挤出产量相比原来提高了20%～30%。本文推导了螺旋沟槽单螺杆挤出机的能量消耗方程,丰富了双螺棱推动理论。本文采用的强制进料螺旋开槽衬套几何结构参数的设计思路,有助于形成挤出机螺旋槽加料段的设计规范,指导螺旋加料衬套及整机的设计,为挤出生产线降低能量消耗、提高挤出产量提供有力的指导。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 物理量名称及符号表
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 挤出机固体输送理论的现状与发展
• 1.2.1 经典固体输送理论
• 1.2.2 非塞流固体输送理论
• 1.2.3 振动力场作用下固体输送理论
• 1.3 挤出机的前沿发展情况
• 1.4 直开槽挤出技术的研究进展
• 1.5 螺旋开槽挤出技术的研究进展
• 1.5.1 物理模型-弧板模型
• 1.5.2 基本假设
• 1.5.3 数学模型
• 1.5.4 固体输送体积流率
• 1.5.5 固体塞正位移输送边界条件方程
• 1.6 本课题的目的和意义
• 1.7 本课题的研究内容
• 1.8 本章小结
• 第二章 能量消耗的推导
• 2.1 固体输送功率
• 2.1.1 物料与机筒表面因摩擦作用而消耗的能量
• 2.1.2 物料与螺杆根径表面的摩擦作用而消耗的能量
• 2.1.3 螺杆螺棱侧面上所消耗的能量
• 2.1.4 加料衬套螺棱侧面上所消耗的能量
• 2.1.5 由于压力升高而消耗的能量
• 2.1.6 固体输送段总的能量消耗
• 2.2 本章小结
• 第三章 计算结果的分析与讨论
• 3.1 压力分布影响因素的分析
• 3.1.1 修正因子? 的讨论
• 3.1.2 摩擦系数的讨论
• 3.1.3 转速的讨论
• 3.1.4 松密度的讨论
• 3.1.5 加料衬套结构参数的讨论
• 3.1.6 螺杆结构参数的讨论
• 3.2 产量影响因素的分析
• 3.2.1 沟槽槽数对挤出产量的影响
• 3.2.2 沟槽槽深对挤出产量的影响
• 3.2.3 沟槽槽宽对挤出产量的影响
• 3.2.4 沟槽螺旋角对挤出产量的影响
• 3.3 功率影响因素的分析
• 3.3.1 沟槽槽数对挤出能耗的影响
• 3.3.2 沟槽槽深对挤出能耗的影响
• 3.3.3 沟槽槽宽对挤出能耗的影响
• 3.3.4 沟槽螺旋角对挤出能耗的影响
• 3.3.5 沟槽长度对挤出能耗的影响
• 3.3.6 能量分配的分析与讨论
• 3.4 正位移输送边界条件方程
• 3.4.1 螺旋角一定时，螺旋沟槽深宽比的设计准则
• 3.4.2 螺旋沟槽深宽比一定时，螺旋角的设计准则
• 3.4.3 沟槽深宽比和螺旋角均变化时的设计准则
• 3.5 本章小结
• 第四章 螺旋沟槽单螺杆挤出机的设计
• 4.1 设计目的
• 4.2 实验装置的主要组成
• 4.3 螺杆料筒几何结构参数的设计
• 4.4 正位移输送边界条件方程的验算
• 4.5 固体输送体积流率的设计
• 4.6 本章小结
• 第五章 实验研究
• 5.1 实验目的
• 5.2 实验原料及设备
• 5.3 实验内容
• 5.3.1 产量能耗的测量
• 5.3.2 工艺流程
• 5.3.3 实验方法
• 5.4 输送挤出特性结果分析
• 5.4.1 螺杆转速对模头压力的影响
• 5.4.2 理论产量与实际产量比较
• 5.4.3 物料特性对产量的影响
• 5.4.4 挤出功率分析
• 5.4.5 挤出单耗分析
• 5.5 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附件